具有串并联结构的模块化多断口真空断路器静动态电压分布特性

为向基于光控模块的多断口真空断路器的静态、动态绝缘特性设计提供参考,建立三维有限元分析模型,计算126 kV U型布置的三断口真空断路器的静态电位分布和真空灭弧室内部的电场分布。利用110 kV振荡型合成试验回路,进行低电压、小电流三断口串联断路器样机的开断试验,测量三断口的瞬态恢复电压分布。计算和试验结果表明:三断口真空断路器的静态和动态电压分布不均匀,高压端断口的静态分压超过65%,串联样机进行试验时底部可以不安装支架;高压端断口的动态分压(瞬态恢复电压峰值)超过60%,1 000 pF均压电容可以满足低电压、小电流开断均压要求,高电压、大电流开断情况需进一步验证。     

不同灭弧室串联的双断口真空断路器分压特性研究

文中针对不同灭弧室串联构成的双断口真空断路器电压分布特性展开研究,旨在实现双断口真空断路器的自均压和最大开断能力。基于Ansoft仿真软件,建立了不同结构的12 kV真空灭弧室串联构成的双断口真空断路器电场分析模型,分析了每种组合的电压分布情况并计算了等效电容参数,通过双断口真空断路器等值电路分析了不同灭弧室串联组合的自均压效果。然后搭建了高频分压试验平台,进行了不同灭弧室构成的双断口真空断路器分压试验试验,得到了不同组合方式下的电压分布特性。结果表明:在无均压电容的条件下,通过不同灭弧室的合理组合可改善电压分布情况,获得较好的自均压效果,以提高双断口真空断路器的开断能力。文中的研究工作为减小均压电容和提高双断口真空断路器的开断能力奠定了基础。     

四断口小组滤波器断路器均压措施研究

文中以瓷柱式四断口滤波器断路器电压分布特性展开研究,建立了四断口断路器动态模型和暂态恢复电压仿真电路模型。基于Ansys仿真软件,计算了断口等效电容参数和杂散电容,通过四断口断路器等值电路分析了不同均压措施(电容、电阻、阻容串联、阻容并联)下各断口分压情况。根据静态分压计算结果选择合适的均压电容值和均压电阻值。在动态均压下,由于弧后电阻影响各断口等效参数,通过仿真得出阻容并联对多断口断路器电压分布特性的总体影响规律,提炼出并联阻容优化配置方案。在48 kV四断口断路器下进行不同均压措施下的断口电压分布试验,验证了阻容并联均压措施对动态均压的有效性。     

模块化多断口真空断路器电位和电场分布研究

为分析基于光控模块的三断口真空断路器的静态电位分布和真窄灭弧室的电场分布,建立了模块化真空断路器的三维有限元分析模型.计算了竖直型和U型布置时的三断口真空断路器电位分布,采用子模型法分析了真空灭弧室内部的电场分布,同时进行了三断口真空断路器工频分压特性试验.计算与试验结果对比表明:两种布置方式下,高压端断口的试验与计算...     

模块化三断口真空断路器动态分压特性

为得到基于40.5kV光控模块单元的U型三断口真空断路器的动态分压特性,给合理选择均压措施提供参考,通过低压、小电流的合成开断试验测量了该断路器弧后瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)的分配特性。同时通过试验验证了串接大电容使均压电容兼作分压器用的TRV测量方法的有效性。而对大电流弧后三断口真空断路器的TRV分配特性,基于连续过渡模型在PSCAD/EMTDC中进行了仿真分析。试验和仿真结果表明:小电流开断时,TRV分配特性与静态电压分配特性相近,静态均压设计可满足小电流开断的要求;大电流开断条件下,各断口残余电荷参数的差异可能对TRV分配产生显著影响;进行动态均压设计时,需要考虑断口不同期可能导致的TRV分配不均匀程度增大的问题。     

双断口真空断路器的动态介质恢复协同特性

多断口真空断路器的串联断口间动态介质恢复协同作用对其弧后特性、开断能力有影响。为此搭建了双断口真空断路器试验样机,进行了合成回路试验,旨在得到双断口真空断路器的动态介质恢复协同特性。研究了不同间隙、不同触头结构、不同均压电容对动双断口真空断路器开断能力的影响,得到了不同组合方式下的开断增益特性,试验结果表明:双断口真空断路器最佳的组合方式是横纵组合方式且横磁触头在高压侧,这是由于这种组合电压分布更加均匀,由于真空间隙的变化影响电压分布特性,进而得到横纵组合方式最佳的间隙配合特性。通过试验得到了不同触头结构灭弧室的组合均压电容大小对开断能力的影响,均压电容选取在500~2 000 p F为宜,且两个纵向磁场触头结构组合在同期动作下开断能力最强。     

环保型罐式多断口真空断路器均压配置研究

环保型罐式多断口真空断路器是未来高压真空断路器的发展趋势之一,但目前对罐式多断口真空断路器的均压配置问题研究不足.该文建立罐式多断口真空断路器三维电场模型,对比分析了罐式与传统柱式真空断路器的结构电压、电场分布和等效电容参数的差异,发现罐式结构对地杂散电容增大造成其电压分布更加不均匀.研究了罐式多断口真空断路器的单边、双边、三边和圆筒状的不同均压电容配置结构对断口间电压分布、罐体内部电场强度的影响规律.研究表明:不同均压配置结构的断口间均压效果由优到差依次为圆筒状、单边、三边、双边,圆筒状均压配置金属连接件处最大电场强度为3kV/mm,远小于其他方式的15～20kV/mm,该研究为罐式多断口真空断路器均压配置提供了参考依据.     

126 kV三断口串联真空断路器电容和断口分压的量化研究

多断口真空断路器由于杂散电容的存在易导致其各断口的电压分布不均,为了研究分布电容参数和断口电压分配的关系,建立了仿真模型,分析了分布电容的类型对断口电压分布的影响.结果表明灭弧室等效自电容的存在使得断口电压分布均匀,对地杂散电容的存在使得断口电压极不均匀,而结构杂散电容的存在使得断口电压稍不均匀.同时分析了多种分布电容...     

特高压1100 kV柱式断路器断口均压电容器配置研究

特高压柱式断路器由多断口串联的灭弧室组成,在开关挂网运行时,各断口承受的电压由于分布电容的影响分配不均匀,断路器断口并联均压电容器,可以保证各个断口的电压分布较为均匀。本文以1 100 kV柱式断路器为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件计算断路器断口分布电容,并应用数字仿真软件ATP建立电容等值模型,计算不同均压电容器配置方式下各断口的电压不均匀系数。计算结果表明:当柱式断路器4个断口并联的电容器容量分别为2 500 pF,2 000 pF,2 000 pF,2 500 pF时,各断口的电压不均匀系数均小于1.1,电压分布较为均匀。     

双断口真空断路器开断特性的试验与仿真研究

为分析双断口真空断路器的开断特性,建立了双断口真空断路器的合成开断试验平台和基于一种改进真空电弧模型的电磁暂态仿真平台。对开断电流、电弧电压、燃弧时间和瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)分配比例等参数进行了试验测量,通过仿真诊断等离子体参数,对试验结果进行了机理分析。结果表明:过长的燃弧时间会导致过大的燃弧能量和转移电荷,可能使电弧发生集聚;高压断口的延迟分闸会造成弧后残余等离子体特性的差异,从而加剧双断口真空断路器TRV分配的不均匀性;这2种情况均不利于开断。此外,双断口真空断路器均压电容的取值除了考虑TRV均匀分布外,还应兼顾弧后阴极表面电场分布的一致性,过大的均压电容反而不利于开断。因此,燃弧时间及其同步控制和合理均压电容值的选取是双断口真空断路器成功开断的关键。     

Dielectric strength and statistical property of single and triple-break vacuum interrupters in series

The maximum possible improvement factor of vacuum circuit breaker (VCB) with multiple breaks compared with one-break, which had the same total gap length, was deduced. Based on the research on the breakdown weak points in high voltage vacuum gaps, a theoretic model was set up for describing the statistical property of multi-break VCB. Dielectric experiments were carried out on a commercial vacuum interrupter arrangements with single break or triple breaks in series under lightning impulse voltage. It shows that the more numbers in series are, the higher the breakdown voltage improvement factor is. The statistical results show that the triple-break vacuum interrupters in series have lower breakdown probability compared with a single-break one. It can be demonstrated in a preliminary study that the experimental results confirm the previous theoretical studies.     

混合断路器大电流开断过程中真空电弧与SF6电弧相互作用的仿真

真空断路器和SF6断路器串联的混合断路器,可有效利用真空和SF6气体两种介质不同的灭弧特性实现更大短路电流的分断。为研究两种电弧的相互任用,运用ATP软件及其TACS工具建立了系统实验仿真平台、12kV真空断路器与40.5kV SF6断路器的电弧模型;将仿真结果与实验波形结合通过数学方法分别求得实用的真空电弧和SF6电弧模型参数;搭建了实用真空电弧模型与SF6电弧模型串联的混合断路器模型。通过设定不同的系统仿真参数,研究开断过程中真空电弧和SF6电弧的相互作用及真空断路器与SF6断路器的分压关系;分析两断路器不同时刻分断的协同特性与介质恢复过程;量化研究混合断路器的断流容量增益特性。仿真结果证明,真空断口首先承担恢复电压有利于SF6断口的介质强度恢复;两断口间的电压分布关系主要由电弧电阻与断口间电容决定;在不增加SF6气体使用量的情况下混合断路器具有比SF6断路器更大的断流能力。研究结果为大容量混合断路器的设计提供了理论依据。     

126 kV双断口真空断路器的理论分析

在分析国内外高电压等级真空开关研究的基础上,提出了研发126 kV双断口真空断路器的必要性和可行性,并针对双断口真空开关存在的缺陷提出了解决措施。在双断口均压问题上,笔者给出一种新型126 kV双断口真空断路器,通过理论分析,表明这种设计具有较好的断口均压特性,避免了采用断口并联电容均压方式带来的不利影响。利用永磁机构传动精度高的特点,将其应用在双断口真空断路器中,保证了双断口合分动作的同步性。     

二次电缆对地分布电容对强电开入回路的影响研究

通过对光耦开入回路原理的研究,发现了开关量变位时光耦开入电压的变化特征。通过对开入电压变化特征的影响因素分析,借助于二次电缆对地分布电容的测试数据及定量分析计算,发现了二次电缆对地分布电容会引起开关量的延迟变位。由于断路器分闸时间比较短,因此在断路器分闸时,故障录波等装置记录到的断路器分、合位会出现交叉现象。通过对延迟时间的影响因素分析,提出了减缓电缆分布电容对强电开入回路影响的有效措施,即减小光耦开入回路限流电阻阻值和提高光耦开入回路的返回电压。     

高电压等级真空灭弧室绝缘结构的研究

为了解真空灭弧室的绝缘性能,通过对72.5kV真空灭弧室试品的冲击耐压试验以发现规律、分析其影响因素并改进绝缘结构。试验表明,其内部绝缘击穿并非发生在触头间隙,而是触头背部与主屏蔽罩间的间隙放电。增大触头边缘与背部过渡处的圆弧半径后,提高了耐压水平。进一步提出126kV真空灭弧室内部绝缘结构的设计方案,计算了电场分布情况并用真空灭弧室绝缘击穿的统计特性分析其耐压特性。     

真空断路器中关键零件机械可靠性计算与分析

给出了两种与高压断路器机械可靠性特点相适应的机械可靠性计算模型,并运用模型对目前在我国中压电网中应用十分广泛的真空断路器的机械可靠性进行了计算与分析,得到了对断路器机械可靠性影响较大的主要机械零部件的设计可靠度和在断路器不同开断次数下的可靠度,为提高高压断路器的可靠性提供了理论依据。     

合分闸回路对真空断路器的影响

主要针对真空断路器合闸与分闸速度对真空断路器的损害性,归结出线圈两端工作电压偏低是影响真空断路器寿命与安全性能的主要原因,提出利用电容滤波、补偿以提高真空断路器线圈两端电压,实践证明,具有电容滤波、补偿的电路,真空断路器的分断能力、可靠性以及寿命上都有了很大提高。     

高压真空灭弧室内部电场分布的影响因素

为了解高电压真空灭弧室内部的电场分布情况,建立了真空灭弧室的电场数学模型。应用电场数值分析方法和有限元软件详细计算不同屏蔽罩与触头尺寸对真空灭弧室内部电场分布影响的结果表明,因高电压真空灭弧室开距较大,触头间隙不再是场强集中的区域,在高压真空灭弧室小型化设计过程中,除考虑电极间的绝缘外,更需考虑电极与屏蔽罩之间的绝缘。合理设计屏蔽罩的尺寸、位置和触头的形状可有效改善灭弧室内部的电场分布,提高真空灭弧室的耐压能力,从而为国内72.5kV以上电压等级真空灭弧室的研制提供了理论依据。